我们在上一篇文章中，学习到Java中的ClassLoader的加载顺序以及双亲委托机制。但是在Android中的ClassLoader又有点不一样，Android重写了整个ClassLoader。我们来了解一下Android的ClassLoader机制

概述

Java的虚拟机是JVM，Android虽说是基于JAVA，但是为了更适应手机的特性，Android使用了自己特有的Dalvik/ART虚拟机。

虽说是另一个虚拟机，但是ClassLoader的机制依旧存在，而且相似，Android的ClassLoader一样有特定的加载顺序和双亲委托机制。

Dalvik/ART 虚拟机同样依靠ClassLoader来加载对应的类，但是不同于Java，Android在打包apk时并不是直接把class文件打包，而是对class文件优化之后生成dex文件，Android将所有的class文件打包成一个或多个(multiDex)文件。

然后在安装App时，Android虚拟机会进一步对apk中的dex文件进行优化：

Dalivk虚拟机会使用DexOpt提取apk中的dex文件进一步优化，生成一个ODEX文件存储在缓存路径（/data/dalvik-cache/）下，而后打开APP可以直接加载ODEX文件而不用解析apk
而ART虚拟机则会将apk中的dex文件优化为机器指令，保存为OAT文件于缓存路径下（/data/dalvik-cache/），不同于ODEX文件，CPU不需要再去解析OAT文件，因为里面已经是机器指令，这样的机制大大提高了运行效率，不过相对的占用空间就变大了

Android特有的ClassLoader

ClassLoader

Android重写了ClassLoader，我们先来看一下ClassLoader的重点代码：

public abstract class ClassLoader {
    ClassLoader(ClassLoader parentLoader, boolean nullAllowed) {
        // ……省略
        parent = parentLoader;       
    }
    
    protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        // 省略部分代码
        // 查找已经加载的类
        Class<?> clazz = findLoadedClass(className);
        if (clazz == null) {
            // 委托parent加载
            clazz = parent.loadClass(className, false);
            if (clazz == null) {
                // 自己加载，空方法，交由子类实现
                clazz = findClass(className);
            }
        }
        return clazz;
    }    
}

可以看到ClassLoader同样是拥有parent和双亲委托原则，逻辑基本和Java的一样。
不过可以看到Android中废弃了Java中将jar文件转换为Class的方法defineClass，而一般子类会将该过程交由JNI实现。

BootClassLoader

不过，我们可以看到ClassLoader文件下还有另一个类：

/**
 *   位于其他ClassLoader的顶层，内部基于JNI实现
 */
class BootClassLoader extends ClassLoader {
    private static BootClassLoader instance;
    public static synchronized BootClassLoader getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new BootClassLoader();
        }
        return instance;
    }

    public BootClassLoader() {
        // parent置为null
        super(null, true);
    }
    
    @Override
    protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        Class<?> clazz = findLoadedClass(className);
        // 因为parent为null，所以跳过了调用parent.loadClass这一步
        if (clazz == null) {
            clazz = findClass(className);
        }
        return clazz;
    }    

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 通过JNI实现
        return Class.classForName(name, false, null);
    }
}

看这个名字，我们立刻就联想到JVM中的BootStrapClassLoader，没错，这个ClassLoader正是位于其他ClassLoader的顶层，也就是虚拟机第一个加载的ClassLoader，同样这个类的实际实现是基于JNI的。

该类负责加载Android的核心类库，如String，Activity等。

BaseDexClassLoader

看完这个类，我们再来看看ClassLoader的子类：BaseDexClassLoader:

/*
 *  解析Dex文件的ClassLoader的基类
 */
public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.originalPath = dexPath;
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
    }
    
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        //……省略，主要基于JNI
    }    
}

这里提取了只提取了其中重要部分的代码，可以看到他的构造函数传入了dexPath等参数，而findClass方法主要基于JNI，正如他的注释所说，这是findClass通过JNI解析路径下的dex文件。

我们来重点看一下他的参数：

dexPath
待解析文件所在的全路径，classloader将在该路径中指定的dex文件寻找指定目标类
optimzedDirectory
优化路径，指的是虚拟机对于apk中的dex文件进行优化后生成文件存放的路径，如dalvik虚拟机生成的ODEX文件路径和ART虚拟机生成的OAT文件路径。
这个路径必须是当前app的内部存储路径，Google认为如果放在公有的路径下，存在被恶意注入的危险
libraryPath
指定native层代码存放路径
parent
当前ClassLoader的parent，和java中classloader的parent含义一样

我们前面说了，Dalvik/ART虚拟机在第一次安装apk时，会对dex文件进行优化，存放到缓存路径，后续是直接读取缓存路径下的文件，而不再读取原文件，这里的optimzedDirectory正是指的优化后的缓存路径。

所以BaseDexClassLoader在loadClass会执行的一个流程大致如下（因为底层的JNI实现所以这里不看源码了，有兴趣可自行了解，这里只说结论）：

判断optimzedDirectory路径下是否有对应的优化过的文件(ODEX/OAT)
如果步骤1判断否，那么解析dexPath路径指定的dex文件，进行优化并存储到optimzedDirectory路径下，否则直接进入步骤3
读取optimzedDirectory路径下对应的文件
解析为Class

PathDexClassLoader

接下我们看一下BaseDexClassLoader的子类，他有两个子类，DexClassLoader和PathClassLoader，我们分别看一下：

/**
 * 提供一个简单的ClassLoader去加载路径下指定的dex/jar/apk文件
 * Android系统通过该ClassLoader去加载系统应用类和App应用
 * Android建议我们不应该使用该类去加载我们自定义的类而是使用
 * DexClassLoader
 */
public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    /**
     * @param dexPath 指定的dex/jar/apk文件的路径，可以包含多个路径，
     * 用{File.pathSeparator}分割。
     * @param parent 
     */
    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }
    
    // 与上一个构造函数类似，只是多了一个libraryPath表示Native库路径
    public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,
            ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, libraryPath, parent);
    }
}

可以看到，PathClassLoader里除了构造函数没有其他方法，所以根本的逻辑还是基于BaseDexClassLoader来完成。
特殊的一点是，我们发现PathClassLoader指定了optimzedDirectory为null？？
这是为什么？

这个问题需要我们进入JNI才能解答，这里贴上Native层解析class的一段注释：

注释.png

这段注释的意思是，如果输入的optimzedDirectory为空，那么会使用默认的cache路径，也就是我们刚才提到的/data/dalvik-cache/。但是我们要注意到一点，一般情况下，我们的App对于这个文件夹是没有读写权限的，因此我们也就没有办法使用PathClassLoader去加载自定义的类。正如注释说的这个类一般由系统调用加载系统类和App应用。也就是说我们App中的类MainActivity等都是由其加载。

DexClassLoader

而我们如果要加载自定义的类应该使用DexClassLoader，也就是BaseDexClassLoader的另一个子类：

/**
 * 一个用于加载路径下指定的dex/jar/apk文件的ClasLoader
 * 可以加载沒有安装过的APK
 * 这个ClassLoader需要一个应用内私有，且可写入的路径去存储优化后的dex文件(optimizedDirectory)
 * 不要将优化后的文件存储在外部存储区，因为这将有可能导致你的App被恶意注入
 */
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    /**
     * @param dexPath 指定的dex/jar/apk文件的路径，可以包含多个路径，
     * 用{File.pathSeparator}分割。
     * @param optimizedDirectory 储存优化后文件的路径，必须是可写入的，不能为null
     * @param libraryPath 表示Native库路径
     * @param parent the parent class loader
     */
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
    }
}

可以看到，DexClassLoader和PathClassLoader类似，都只是重写了构造方法，我们可以看到，其实只是对于optimizedDirectory转换成File而已。这也真是他和PathClassLoader的不同之处，他可以自定义optimizedDirectory，我们可以指向一个我们有访问权限的文件，所以我们可以利用他来加载自定义的类。

总结

Android重写了Java层的ClassLoader，延续了parent和双亲委派机制
Android中同样的ClassLoader同样有一个最顶层的parent，不过不同于Java中用JNI实现，在Android中是Java实现的BootClassLoader，该类负责加载Android的核心类库
BaseDexClassLoader，封装了一些列解析dex/jar/apk文件方法的基类。其在loadClass的时候会将dex文件解析并优化到optimizedDirectory路径下，再进行解析。
PathClassLoader，其实他的位置有点想Java中的AppClassLoader，Android系统会通过他来加载系统应用类和App类。由于没有权限访问他的文件夹，所以不适用于我们加载自定义类，一般用于加载已经安装的Apk等
DexClassLoader，用于加载自定义的类，包括没有安装过的APK也可以加载，需要指定optimizedDirectory来存储优化dex后的文件。

ClassLoader结构图

ClassLoader解析——Android篇